用厚度阈值法改善深拉延冲压件坯料形状预测精度

将作者首次提出的厚度阈值法应用到基于逆有限元原理的坯料形状预测算法中,有效地改进了深拉延冲压件坯料形状预测的精度,并以某汽车油底壳拉延件为实际算例,分别用改进前和改进后的算法,对其坯料形状进行预测,预测结果与实际坯料形状的对比结果验证了本文方法的有效性。     

自冲铆接头疲劳性能影响因素研究进展

由于近年来车身轻量化的需求,全铝车身结构及混合材料车身结构是车身设计制造的发展趋势,其结构连接问题也面临巨大的挑战。自冲铆接作为一种冷成型技术,通过铆钉和板料形成机械内锁结构进行板材连接,可以用来连接两层和多层金属及非金属板材。相对于传统连接技术,自冲铆接具有无需预先打孔、连接过程环境友好、可以连接异质板材及非金属板材等优点,同时所得到的接头具有较好的密封性及力学性能。自冲铆接作为轻量化结构的一种新型连接手段,近年来因具有独特的优势得到迅速发展。疲劳性能是接头工程应用的关键性能指标,自冲铆接头的疲劳性能研究主要针对铝合金及高强钢等车身材料展开,近年来研究者们对钛合金和纤维增强复合材料等新型材料自冲铆接头的疲劳性能进行了相关探索性研究。影响自冲铆接头疲劳性能的因素众多,提高自冲铆接头疲劳性能的方法及探究接头的疲劳失效机理一直是研究者们所关注的热点。影响自冲铆接头疲劳性能的因素主要包括铆接工艺、基板参数、铆钉分布形式、接头搭接形式、疲劳加载参数、试验温度和添加粘接剂等,其中大量研究主要针对铆接工艺、基板参数和铆钉分布形式展开。研究表明,采用高强度的板材作下板、增加板厚及使用硬度较高的圆头铆钉进行连接能够提高单搭自冲铆接头的疲劳性能;铆钉个数的增加可以显著提高接头的疲劳性能,采用不同铆钉分布形式及铆钉边距影响接头的疲劳性能。自冲铆接头存在残余应力,同时微动磨损是导致机械连接疲劳失效的主要原因,通过去应力退火可以提高接头在高疲劳载荷下的疲劳寿命,对基板添加润滑剂镀层也可以改善接头的疲劳性能。此外,粘铆复合接头目前在车身连接中得到广泛应用,粘接剂可以减弱接头的应力集中,从而改善其疲劳性能。疲劳试验耗时较多,试验成本较高。研究自冲铆接头疲劳性能的影响因素可以为后续研究及其工程应用提供相关参考。本文归纳了自冲铆接头疲劳性能影响因素的研究进展并总结了改善接头疲劳性能的方法,同时对自冲铆接的研究方向进行分析和展望。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料圆管轴向压溃分层失效仿真

为了模拟单向碳纤维增强复合材料圆管的压溃失效形式及吸能特性,对圆管进行轴向压溃试验,获得圆管的压溃失效形式及压溃载荷-位移曲线。采用单层壳单元模型进行压溃仿真,确定MAT54材料模型中非试验可测量参数。建立多层壳单元模型,基于Tiebreak接触模拟分层失效,研究网格划分尺寸及壳单元层数对压溃失效形式的影响,通过与试验结果对比验证所建立模型的准确性。研究表明参数YCFAC和SOFT影响压溃载荷-位移曲线的峰值载荷和平均压溃载荷。网格尺寸和壳单元层数影响圆管的失效形式,网格尺寸越小,分层失效和基体开裂现象越明显。随着壳单元层数增加,初始峰值载荷呈递减趋势,所需计算时间呈指数型增长趋势。综合考虑计算成本和预测准确性,采用4层壳单元模型能够准确预测碳纤维圆管的轴向压溃性能和分层失效。     

钢铝异质自冲铆接头剥离失效仿真

为了研究钢铝自冲铆接头剥离失效行为,对5754铝合金和Q235钢异质自冲铆接头进行了剥离试验及仿真研究。建立了基于MMC失效准则的T型自冲铆接头有限元模型,对两种接头在剥离工况下的拉伸失效过程进行仿真,对比试验结果验证了有限元模型的可靠性,并对接头的剥离失效行为进行了分析。研究结果表明:建立的有限元模型能表征接头在剥离工况下的失效形式及力学性能;铝-钢接头因上板与铆钉分离失效,剥离过程中加载侧钉脚和钉头区域易产生应力集中,上板加载侧铆孔区域最先发生失效;钢-铝接头失效形式为铆钉与下板分离,剥离过程中加载侧钉头边缘及钉脚内壁区域易出现应力集中,下板铆扣区域发生脱层损伤,脱层损伤区域向非加载侧铆扣区域扩展。     

碳纤维增强树脂复合材料和铝合金温热自冲铆接工艺及接头力学性能

为研究传统自冲铆(SPR)工艺连接碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)和铝合金的损伤问题,制备三种典型铺层结构的自冲铆接头,研究铺层结构对接头表面宏观损伤形貌的影响。在不同测试温度下对CFRP进行力学试验,研究温度对CFRP力学性能及失效的影响。基于CFRP的温热力学性能,以减小接头损伤为目的,创新性提出了CFRP和铝合金的温热自冲铆接(WSPR)工艺,对比了两种铆接工艺获得接头中CFRP的损伤差异。制备CFRP和铝合金的WSPR接头,研究铺层角度对接头力学性能和失效过程的影响。研究表明:常温下铆接时,钉头附近区域易出现宏观裂纹缺陷,主要以平行于纤维方向的基体裂纹和垂直于纤维方向的纤维裂纹形式存在。在树脂基体的玻璃化转变温度下,CFRP在横向和剪切方向的延展性大幅度提高,导致WSPR接头的CFRP表面无宏观裂纹,同时减小了分层损伤面积。铺层角度影响接头的拉剪力学性能及失效过程,[0/90/0]_s铺层接头的力学性能最优。      

基于微观晶相建模的双相钢吸能特性研究

基于Voronoi和概率分布理论,提出材料微观晶相建模方法及其实现流程,建立微观晶相可视化几何模型。通过将微观晶相生成系统和ABAQUS有限元软件相结合,实现了基于微观晶相建模的双相钢有限元仿真,仿真中单相铁素体及马氏体均采用理想弹塑性材料模型,同时,以延性损伤模型模拟材料的破坏行为。以该仿真模型为基础,建立一系列不同晶粒尺寸、不同马氏体体积分数的双相钢微观晶相仿真模型,进行双相钢吸能特性研究,研究表明虽然双相钢吸能量随晶粒尺寸的不同略有差异,但总体均随马氏体体积分数的增加呈现先上升后下降的趋势,最优吸能时双相钢中马氏体体积分数均在2%~5%范围内。实现了双相钢微观尺度下的吸能研究,为轻量化汽车车身安全件的选材提供指导。     

管坯正挤—横轧的成形极限

正挤—横轧工艺是我国自行研究开发的具有独立的知识产权的新工艺 ,它具有高效、节材、节能等综合经济效益。本文通过系列实验研究分析了管坯正挤—横轧的成形极限 ,分析了各因素对成形极限的影响。     

改进型逆有限元法在某轿车翼子板快速成形模拟中的应用

为提高一步成形逆有限元法的模拟精度,将四节点等参膜单元应用于一步成形计算,并对空间四边形单元的四个节点可能不在同一平面引起的单元翘曲进行了修正,编写了计算机程序,对某轿车翼子板进行了实际模拟,通过一步模拟结果与增量法模拟结果和实验结果的对比,发现改进后的一步成形模拟结果与增量模拟结果已非常接近,而计算时间不到增量法的1/30,进而验证了本文方法的有效性。     

基于连续损伤力学的铝车身涂层抗划伤能力

开展了基于连续损伤力学(CDM)的涂层抗划伤能力仿真研究,建立了损伤力学材料模型。通过有限元软件ABAQUS提供的子程序(VUMAT)接口,将该材料模型嵌入到ABAQUS求解器。以裂纹横穿涂层的压头反力来衡量涂层的抗划伤能力,预测涂层抗划伤能力。研究发现:用所建立的自定义材料模型对涂层划伤进行分析,不仅可以得到涂层的应力分布,而且可以预测涂层在载荷作用下裂纹的产生和扩展趋势;涂层对划伤速度高的载荷具有更高的抵抗划伤能力,涂层厚度对涂层抗划伤能力也有一定影响;而基体材料性能和基体厚度对涂层抗划伤能力的影响很小,研究结论可以为涂层材料的优化设计提供理论支持。     

Bezier曲线优化Voronoi泡沫铝几何模型研究

闭孔泡沫铝材料因其轻质、比强度和比刚度高、抗冲击和吸能特性好等优点在汽车制造等领域应用广泛。然而,目前用于仿真计算的泡沫铝材料几何建模研究仍有不足,广泛使用的Voronoi模型无法模拟真实泡沫铝材料内部圆弧状的胞孔结构。在传统Voronoi模型基础上,建立具有周期性边界的二维Bezier曲线优化模型。通过引入填充度概念,并建立孔隙率关于填充度的一元幂函数方程,可以生成71%～93%指定孔隙率二维泡沫铝几何优化模型,能够还原真实泡沫铝内部结构。利用优化模型进行泡沫铝材料单轴压缩仿真计算,结果相较于传统Voronoi模型更接近试验值。分析优化模型仿真计算过程中随机剪切带的演化,从细观变形角度验证了优化模型的准确性。Bezier曲线优化模型的开发为泡沫铝材料高仿真几何建模研究提供了理论基础。